[发明专利]一种质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池双极板技术领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池不锈钢双极板。

背景技术

目前，绝大部分质子交换膜燃料电池组是按压滤机方式组装的，由电池的主体膜电极组件与双极板及相应的密封件配合组成。作为质子交换膜燃料电池的主要部件，双极板占电池重量的70％以上，占电池总成本接近一半，其作用是分隔反应气体、收集电流、将各个单电池串联起来并通过流场为反应气进出电极及水的排出提供通道等。为了满足这些功能，理想的双极板应当是具有很高的导电性、耐腐蚀性、低密度、高机械强度、高阻气能力、低成本、易加工等特性。

不锈钢强度高，耐腐蚀性能好，是制作质子交换膜燃料电池双极板的一种较好材料。不锈钢作质子交换膜燃料电池双极板的不足在于：1、不锈钢表面能自然形成钝化膜，该钝化膜电阻很大，用作质子交换膜燃料电池双极板会增加电池的内部电阻，从而减少电池能量的输出；2、在质子交换膜燃料电池环境下，不锈钢会发生腐蚀产生铁离子，镍离子等，进而对质子交换膜产生污染，降低电池性能和寿命。为解决不锈钢作质子交换膜燃料电池双极板存在的不足，相关专利提出了在金属表面涂敷导电耐蚀涂层和用金属夹杂物从钝化膜下的不锈钢内突出到钝化膜外面的的方法，如专利号为02155187的专利：“质子交换膜燃料电池金属双极板”，提出了在基体金属表面涂敷导电耐蚀涂层的方法，涂层为导电耐蚀的金属氧化物，涂层厚度0.1-50μm。专利号为00105765的专利：“固体高分子型燃料电池用不锈钢双极板”，提出了一种用具有导电性的碳化物系金属夹杂物及硼化物系金属夹杂物中的一种以上从钝化膜下的不锈钢内突出到钝化膜外面的不锈钢制作双极板的技术，以降低接触电阻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性方法。通过表面改性，在不锈钢双极板上形成银层。使双极板的耐腐蚀性能和导电能力得到提高。并可实现低成本大批量生产。本发明的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性方法，包括金属表面活化和电镀，其特征在于所述的不锈钢双极板表面改性方法包括以下步骤：1)将不锈钢双极板进行材料表面活化后镀镍，2)将经过步骤1镀镍的双极板在酸溶液中将镍镀层电活化，3)将经过步骤2电活化镍镀层后的双极板，在镍镀层上进行化学镀银，4)将经过步骤3化学镀银的双极板，在烟酸电镀银体系中电镀银，形成不锈钢双极板表面改性层。

本发明的质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性方法，其特征在于：所述的不锈钢双极板使用的不锈钢为904L，316L，310，304的中的任意一种。

本发明的质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性方法，其特征在于所述不锈钢双极板表面活化的工艺如下；先将双极板用有机溶剂除油，干燥后，用机械方法除去表面的氧化膜，然后在50-200ml/L盐酸(d＝1.19)中浸渍5-30min，酸溶液温度12-25℃，使表面活化。

本发明的质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性方法，其特征在于所述的电镀镍工艺如下：

1)电镀溶液组成如下：

NiSO₄·7H₂O    250-300g/L

NiCl₂·7H₂O    30-60g/L

H₃BO₃          35-40g/L

2)电镀工艺参数如下：

电镀溶液温度(θ)    12-25℃

电镀时间(t)         0.5-5min

阴极电流密度(J_K)    0.5-2.5A/dm²

本发明的质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性方法，其特征在于所述电化学活化镀镍层工艺如下

1)活化溶液为：

H₂SO₄(98％)    80-250ml/L

2)活化工艺参数如下：

活化溶液温度(θ)         4-8℃

电活化时间(t)            1-5min

活化阴极电流密度(J_K)     1-2.5A/dm²

本发明的质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性方法，其特征在于所述化学镀银工艺如下

1)化学镀银溶液组成如下：